機器人教學校本課程體系的建構

張康英

一、引言

中小學信息技術教學基本上是利用計算機開展的。隨著信息技術的迅速發展，人工智能大量涌現，新一代機器人被廣泛應用于各行各業，包括教育行業。在這個大趨勢下，2012年5月，中國教育技術協會信息技術教育專業委員會正式發布了《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》。其中強調了在中小學開展機器人教學的意義。自此，各校紛紛開展相關實踐活動和研究，但是如何在中小學階段開設機器人常規課程，國內外都在根據本國情況進行積極探索。

二、機器人教學現狀分析

隨著全國各級各類機器人競賽的開展，機器人相關教學活動也在中小學校得到大力支持。 筆者通過文獻查閱并對自身所處的地域開展機器人教學情況進行綜合分析，發現我國中小學開展機器人教學層次不一，在不同的地域，開展效果也不同。相比之下，城市比農村地區開展機器人教學更普遍，投入的資金更大，師資力量相對更充足，教學效果較明顯。以下筆者從機器人教學的規模、課程體系、師資力量等方面進行詳細分析。

（一）機器人教學規模小

根據文獻查閱以及對本區域開展機器人教學情況的分析，目前，我國大部分學校開展了機器人教學，主要采取社團活動和競賽兩種形式，受益面比較小，引入常規教學的案例并不多。

1.以社團活動為載體開展機器人教學

自教育部將人工智能基礎課程納入中小學選修課程后，智能機器人慢慢進入中小學校教育。學校開始依托教材開展機器人教學，但開展機器人教學，除了軟件外，還需要配套硬件設施。這需要耗費學校的大量資金，維護這些設備也是一筆不小的費用，學校很難在班級進行常態化教學。因此，以社團活動為載體開展機器人教學，在小學尤其興盛，有興趣的學生加入社團，信息技術或者科技老師擔任指導老師進行教學，學生學習機器人的搭建和編程，在這一過程中培養其高階思維能力。國內也有一些學者針對這些機器人社團課開展過相應的研究，例如，田木蘭和秦鍵老師針對樂高機器人開展基于項目式學習的小學機器人教學實踐研究，但這類研究并不多。

2.以競賽為導向開展機器人教學

機器人競賽是目前國內比較主流的比賽之一。科學技術協會、電教館和各類機器人公司等，組織開展各級各類機器人競賽，比如青少年機器人創新大賽、MAKEX比賽、VEX比賽、FLL比賽等等。這些競賽都有相應的競賽主題和競賽規則，教師根據每年的競賽主題和規則采購相應的器材和升級包，制定計劃，對學生進行輔導。基于競賽主題進行機器人競賽輔導，目的性強，代入感足，能培養學生的競爭意識。但是，這樣的競賽教學需要有相應的場地和器材，如果進入常規教學，學校耗材太大，所以一般以競賽小組的形式展開較多。學校出于各種考慮，選擇一些優秀的學生參加競賽，這類機器人教學屬于競賽類機器人輔導。

（二）機器人教學課程體系不完整

《基礎教育信息技術課程標準（2012）》對機器人入門這一模塊的課程標準制定并不詳細，因此，大部分學校目前都是依據本校的機器人社團或者競賽項目開展相應的課程，教師根據每個公司提供的機器人器材說明書進行設計，缺乏完整的教學設計流程，也沒有配套的學生教材，與常態化的信息技術課堂有很大的差異性。

（三）機器人教學師資力量不足

目前，大部分地區、大部分學校都配備了一至兩種機器人器材，用于學校開設社團活動或者進行競賽，硬件設備到位了，師資力量卻不足。擔任機器人教學的老師一般是信息技術老師或者科技老師，他們基本上是兼任這個任務，初期接觸機器人項目，還沒有經驗，主要靠自學摸索。機器人老師既要上好本職課程，又要負責機器人教學，任務重，責任大。機器人課程涉及科學、技術、藝術、工程、數學等多門學科知識，對輔導老師的綜合素質要求較高，因此，學校配套的師資力量不足，也影響學校機器人課程的常態化開展。

基于上述情況，筆者認為，機器人教學在中小學生中受歡迎程度非常高，因此，可以在小學常規課堂中，嵌入機器人教學，后期可以以競賽項目為主題，開展項目式學習。這樣，不僅會提高學生的參與度，更能帶動學生的競爭意識，活躍課堂氣氛，課堂教學效果較好。學校首先自編校本教材，老師根據校本教材進行教學設計，使之可以在教學時有理論依據，從而形成一套完整的機器人教學體系。

三、機器人教學校本課程體系的建構

機器人因其自身的受歡迎性以及國家對人工智能的重視性，使其在中小學校頗受支持。將機器人教學引入常規信息技術課堂，對學生理解人工智能具有重要意義。筆者通過查閱相關文獻，并結合自己這一兩年的機器人社團教學及競賽輔導項目經驗，構建了小學機器人校本課堂體系結構。整個結構包括前期準備、日常教學、以競賽為主題的項目化教學、成果展示四個部分（如圖1所示）。位于底層的是前期準備工作，它是校本課堂開始的基礎，只有做好前期準備工作，才能開展教學。第二層是日常教學，日常教學是校本課堂的核心，也是學生的實踐活動。第三層是在第二層的基礎上引入的以競賽為主題的項目化學習，學生通過這個層次的學習，可以增強核心競爭力。最頂層是成果展示環節，它是對整個課程體系的一個總結、升華，優勝者可以代表學校參加競賽，獲得榮譽。

基于小學機器人教學校本課堂體系建構圖，筆者細化了這四個環節。具體如圖2所示。

前期準備階段是整個校本課堂的基礎。筆者根據中小學信息技術課程標準中提出的學科素養確定課程教學大綱，制定教學計劃，利用scratch軟件編寫學生教材，準備教學器材和教學環境，便于開展日常教學活動。教學環境即為機器人教室，包括計算機、機器人器材，學生兩兩組合，完成學習任務。

常規教學階段，教師根據課程教學大綱設計教學流程，教學方法可以是任務驅動法、講授法、演示法等相結合的方法方式進行授課。教師根據教材確定上課內容，講授相關的重難點知識。學生小組通過完成任務達到理解重難點的目的。經過一段時間的學習，學生基本上掌握了機器人的各種知識，日常教學目標達到。

第三階段是以競賽為主題的項目化教學，此階段是第二階段的延伸。在學生掌握基礎的機器人知識后，以競賽項目為主題，開展主體化教學，學生需靈活、綜合運用所學知識完成競賽項目。通過項目化的學習，能夠整合所學知識點，提高學生的高階思維能力。

第四階段為成果展示，是整個課程體系的升華。它的效果反映了學校對整個機器人教學校本課堂的實施情況。可以展現小組合作成果，或者展現競賽獲獎情況。這樣，優秀的學生可以代表學校參加各級各類競賽，其他學生可以通過小組合作的形式對自己進行評價。成果展示活動，學生可以根據自己的學習情況，自由設計主題，制定方案，明確分工，完成主題，展示作品。競賽成果展示，學生可以陳列自己的比賽成績，或者準備好機器人相關器材以及活動場地，在活動當天演示給所有觀眾觀看。

四、建議與反思

利用機器人打造小學校本課堂，對學生來說具有重要意義，對學校來說，也是一個特色課堂。

（一）有利于提高信息技術課堂教學效率

不同于傳統的信息技術課程，小學機器人教學校本課堂是一個注重操作、實踐、可視化的教學，以機器人硬件為載體，硬件與軟件結合，讓學生在做中學，充分感受信息技術的魅力。設計的程序、搭建的結構一旦有問題，能立馬反饋給學生，學生及時接收到反饋信息，做出改進，這樣更能鍛煉學生分析問題、解決問題的能力。

（二）學生對自我的評價更客觀

在整個教學過程中，學生可以通過機器人發現自己的優缺點，并有意識地發揮自己的優點，彌補自己的缺點，教師也可以更加有針對性地對學生進行輔導。

（三）可以鍛煉學生的抗挫折能力，培養學生的競爭意識

打造小學機器人校本課程體系，開展常規化的機器人課堂教學，可以充分發揮學生的動手動腦能力。學生在完成平常任務或者競賽項目中，尋找成就感，鍛煉自己的抗挫折能力。通過競賽項目的有意識鍛煉，培養學生的合作和競爭意識，促進他們的身心健康。